Тема 4. Аналіз і синтез у системних дослідженнях

 

Цілі і завдання вивчення теми: засвоїти поняття елементу, функції та структури, проаналізувати основні типи структур, з’ясувати сутність операцій агрегування та декомпозиції, розглянути рівні задач та типи аналізу та синтезу систем

1. Поняття елемента, функції, структури

Елементом називається деякий об'єкт (матеріальний, енер­гетичний, інформаційний), що має ряд важливих властивостей, але внутрішня будова якого безвідносна до мети дослідження, тобто елемент не піддається подальшій декомпозиції при обра­ному рівні розгляду системи.

Функція системи — це все те, що виконує система або може виконувати згідно до свого призначення. Множина функцій сис­теми є перетворенням призначення системи в дії. Функцію еле­менту зручно розглядати як сукупність її станів у просторі та часі. При взаємодії функцій доволі часто виникає нова власти­вість (властивості), які не виявляються в кожному окремому елементі системи.

Поняття структури є одним з основних в системному аналізі. За ступенем зв'язку та розумінням будови чи сприйняття системи роз­різняють форми, сукупності та структури.

Форма — це зовнішній вигляд об'єкта безвідносно до його су­ті (земна куля та більярдна куля мають форму кулі), геометрич­не поняття, що стосується з'єднання речей або ідей.

Сукупність — це з'єднання або набір в одну множину безвід­носно до форми чи порядку.

Структура — це множина частин або форм (елементів), які знахо­дяться у взаємодії та специфічному порядку, необхідному для реалі­зації функцій. Отже, функція є первинною щодо структури.

Структура системи — це стійка упорядкованість у просторі і в ча­сі її елементів і зв'язків. Властивістю структури є можливість існу­вання протягом певного часу за допомогою зв'язуючого пристосу­вання для збереження елементів (частин) та їх відношень приблизно в одному й тому ж порядку, реагуючи при цьому на дії середовища.

Структура систе­ми може бути охарактеризована за типами зв'язків, які в ній є або які в ній переважають. Найпростішими зв'язками є паралельне, по­слідовне з'єднання та обернений зв'язок. Обернений зв'язок вико­нує регулюючу роль у системі.

У залежності від характеру організації в системі елементів і їхніх зв'язків можна виділити основні типи структур (рис.6): мережну (а), кістя­кову (б) ієрархічну (в), які відображають послідовне підвищення ступеня централізації системи.

Взагалі ж структури можуть бути найрізноманітніші і включати різні комбінації взаємозв'язків елементів (г).

 

Рис. 6. Основні типи структур

 

При дослідженні складних систем в більшості випадків вони є або достатньо жорстко централізованими (ієрархії), або ж мають малий ступінь централізації (нечітка мережа малих систем). В залежності від призначення та властивостей зовнішнього середовища більш або менш ефективними можуть бути або ієрархії, або мережі. У процесі створення системи та планування її діяльності врешті-решт розгляда­ються компроміси між роботою великої, добре об'єднаної ієрархічної системи з доволі простим призначенням та багатоелементною багато­цільовою мережею достатньо малих систем з розподіленими і нечіткими взаємними зв'язками. Ієрархії є не чим іншим, як різновидом мереж.

Організаційні структури змінюються:

          відповідно до цілей того, хто їх створює, менеджерів та підсистем;

          внаслідок сприймання нових потреб, усвідомлення нових функцій та побудови нових потоків, що відповідають цим функціям;

          внаслідок еволюції шляхом реагування на збурення зовнішнього середовища;

          модифікуючи старі та утворюючи нові структури, які роблять їх менш вразливими до можливих пошкоджень.

Незважаючи на те, що ієрархії мають певні недоліки, обумовлені простішою формою, ієрархічна побудова більш поширена в конфі­гурації організацій, ніж мережна. Окрім того ієрархії є прозорими структурами для ефективного відображення проблем.

Ієрархія — це структура з підпорядкованістю, тобто з нерівно­правними зв'язками — дії в одному напрямку виявляють набагато більший вплив, аніж в оберненому. В більшості випадків прямий зв'язок — це керування і керуюча інформація, обернений — інфор­мація про виконання та відхилення. На практиці розглядаються два основні типи ієрархічних структур — деревовидна та ієрархічна.

Деревовидна структура є найпростішою для аналізу та реалі­зації. В майже всіх випадках в ній виділяються ієрархічні рівні — групи елементів, що знаходяться на однаковій віддалі (вимірюва­ної як кількість ребер) від головного елемента (кореня дерева). Структури цього типу є надзвичайно поширеними (ієрархія про­ектування складної програмної системи, ієрархія цілей у склад­ній організаційній системі, ієрархія за ознакою керованості про­цесів в живому організмі, ієрархія в зграї тварин).

Ромбовидна структура приводить до множинної (частковий випадок — подвійної) підпорядкованості, належності елементів нижнього рівня. Приклади — участь одного технічного елемента в роботі більш ніж: одного вузла, блока, використання одних і тих самих даних або результатів вимірювань в різних завданнях.

Будь-яка ієрархія звужує можливості та гнучкість системи. Еле­менти нижнього рівня обмежуються домінуванням верхнього рівня, вони здатні впливати на це домінування лише частково та, зазвичай, з певною затримкою. Однак введення ієрархії різко спрощує ство­рення та функціонування системи. Недарма той чи інший ступінь ієрархії спостерігається практично у всіх складних природних сис­темах. Негативні наслідки ієрархії багато в чому долаються шляхом зменшення жорсткості підпорядкування, можливістю самостійно реагувати на деякі дії без жорсткої регламентації згори.

 

 

Рис. 7. Види ієрархічних структур

 

Отже, структура є стійкими взаємними зв'язками між елементами системи, які забезпечують її цілісність. Структура є найконсервативнішою характеристикою системи: хоча стан системи змінюється, структура її зберігається незмінною іноді дуже тривалий час. Якщо розглядати поняття «структура» у взаємному зв'язку з поняттям мета, то під структурою слід розуміти спосіб досягнення мети.